グラフェン膜の介在による電極特性の制御とその２次元評価

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24560369
• 研究機関: 福井大学
• 研究代表者: 塩島 謙次 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70432151)
• 研究分担者: 橋本 明弘 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10251985)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: GaN / グラフェン / 電極

研究実績の概要

最終年度はGaN表面上へのグラフェン形成に注力した。これまではSiC上に昇華法により堆積したグラフェンを、金属膜を蒸着して剥離し、GaN表面に転写する手法を取っていた。しかし、転写後に金属膜を溶液で除去する際に、GaN表面が疎水性のためグラフェン膜も溶液中に流れ出てしまうという問題点があった。今回はグラフェン塊を購入し、粉砕後、揮発性の高い溶液にグラフェンを分散し、GaN表面に塗布する手法を取った。
グラフェン塊としてHOPG(高配向グラファイト）、及びキッシュグラファイトの使用を試みた。大まかにこれらのグラフェン塊を機械的に砕き、テトラヒドロフラン（THF)溶液中で超音波処理により更なる粉砕を行った。超音波処理は最長150時間以上行ったが、10時間程度で粉砕された粒子の細かさは飽和する傾向がみられた。遠心分離により上澄み液を採取し、ラマン測定を行った結果、大多数は3層上のグラファイトであるが、ごく一部に3層以下のグラフェンが存在することが分かった。
この上澄み液をGaN表面上に滴下し、THFを蒸発させ、Ni電極を蒸着した。このショットキー電極の2次元評価を行うと、界面に介在したグラファイト、およびグラフェンの形状を光電流の像として確認することができた。しかし、グラフェンの存在確率が小さいため、電気的特性との対応は明確に出来なかった。
本研究のもう一つの軸である電極界面の2次元評価においては、Au/Ni/n-GaN構造の熱劣化過程を評価し、その結果がレター誌（Applied Physics Express)に採択された。また、この手法はSiC上に形成した電極にも有効であり、ワイドギャップ半導体一般の評価に有望であることを示した。

研究成果

• [雑誌論文] Nondestructive imaging of buried interfaces in SiC and GaN Schottky contacts using scanning internal photoemission microscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Kenji Shiojima, Shingo Yamamoto, Yuhei Kihara, Tomoyoshi Mishima
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 8 ページ: 046502-1 -4
  • DOI: 10.7567/APEX.8.046502
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Roles of lightly doped carbon in the drift layers of vertical n-GaN Schottky diode structures on freestanding GaN substrates (2015)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Tanaka, Naoki Kaneda, Tomoyoshi Mishima, Yuhei Kihara, Toshichika Aoki, and Kenji Shiojima
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 54 ページ: 041002-1 -7
  • DOI: 10.7567/JJAP.54.041002
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electrical characteristics of low-Mg-doped p-AlGaN and p-InGaN Schottky contacts (2015)
  • 著者名/発表者名: Toshichika Aoki, Sachi Tachibana andKenji Shiojima
  • 雑誌名: physica status solidi (b) 巻: 252 ページ: 1031-1037
  • DOI: 10.1002/pssb.201451590
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electrical characteristics of a-plane low-Mg-doped p-GaN Schottky contacts (2015)
  • 著者名/発表者名: Moe Naganawa, Toshichika Aoki, Ji-Su Son, Hiroshi Amano and Kenji Shiojima
  • 雑誌名: physica status solidi (b) 巻: 252 ページ: 1024-1030
  • DOI: 10.1002/pssb.201451581
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mapping of inhomogeneity and thermal degradation of Au/Ni/n-GaN Schottky diodes using scanning internal photoemission microscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Shingo Yamamoto, Yuhei Kihara and Kenji Shiojima
  • 雑誌名: physica status solidi (b) 巻: 252 ページ: 1017-1023
  • DOI: 10.1002/pssb.201451579
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Numerical Ananysisi on Phonon Localization of Vacancy Type Disordered Graphene (2015)
  • 著者名/発表者名: Md. S. Islam, Md. T. Rahaman, A. G. Bhuiyan, A. Hashimoto
  • 雑誌名: Journal of Circuits, Systems, and Computers 巻: 24 ページ: 1540002-1540017
  • DOI: 10.1142/S0218126615400022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polarized microscopic laser Raman scattering spectroscopy for edge structure of epitaxial graphene and localized vibrational mode (2014)
  • 著者名/発表者名: Md. S. Islam, D. Tamakawa, S. Tanaka, T. Makino, A. Hashimoto
  • 雑誌名: Carbon 巻: 77 ページ: 1073-1081
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of vacancy defects on phonon properties of hydrogen passivated GNRs (2014)
  • 著者名/発表者名: Md. S. Islam, S. Tanaka, A. Hashimoto
  • 雑誌名: Carbon 巻: 88 ページ: 146-154
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polarized micro Raman scattering spectroscopy for curved edges of epitaxial graphene (2014)
  • 著者名/発表者名: Md. S. Islam, A. G. Bhuiyan, S. Tanaka, T. Makino, A. Hashimoto
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 105 ページ: 243103-1 -4
  • DOI: 10.1063/1,4904469
  • 査読あり
• [学会発表] 界面顕微光応答法を用いたAlGaN/GaN HEMTの劣化過程の２次元評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山本 晋吾、畠山 信也、末光 哲也、塩島 謙次
  • 学会等名: 応用物理学会春期学術講演会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2015-03-12 – 2015-03-12
• [学会発表] 界面顕微光応答法を用いたイオン注入n-GaNショットキー接触の２次元評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 村瀬真悟, 山本晋吾,田中丈士, 三島友義, 中村徹、塩島 謙次
  • 学会等名: 応用物理学会春期学術講演会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2015-03-12 – 2015-03-12
• [学会発表] 自立基板の劈開面に形成したn-GaNショットキー接触の評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 永縄 萌、 青木 俊周、吉田 丈洋、三島 友義、塩島 謙次
  • 学会等名: 応用物理学会春期学術講演会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2015-03-12 – 2015-03-12
• [学会発表] N極性p形GaNショットキー電極の電気的特性の評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 青木俊周, 谷川智之, 片山竜二, 松岡隆志、塩島 謙次
  • 学会等名: 応用物理学会春期学術講演会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2015-03-12 – 2015-03-12
• [学会発表] GaNパワー/高周波デバイスの最前線徹底解説 (2014)
  • 著者名/発表者名: 塩島 謙次
  • 学会等名: Electronic Journal 第2615回 Technical Seminar
  • 発表場所: 総評会館 東京
  • 年月日: 2014-12-11 – 2014-12-11
  • 招待講演
• [学会発表] Detail analysis of electrical characteristics of metal/low-Mg-doped p-GaN contacts (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenji Shiojima
  • 学会等名: 2nd Intensive Discussion of Growth of Nitride Semiconductors
  • 発表場所: Tohoku Univ., Sendai Japan
  • 年月日: 2014-11-30 – 2014-11-30
  • 招待講演
• [学会発表] 界面顕微光応答法によるAu/Ni/n-GaNショットキー接触の熱劣化機構の2次元評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 塩島謙次, 山本 晋吾, 木原雄平
  • 学会等名: 電子情報通信学会電子デバイス研究会
  • 発表場所: 大阪大
  • 年月日: 2014-11-28 – 2014-11-28
• [学会発表] 低Mgドープp-AlGaN 及びp-InGaNショットキー電極の表面欠陥の評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 青木俊周, 塩島謙次
  • 学会等名: 応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大
  • 年月日: 2014-09-19 – 2014-09-19
• [学会発表] 界面顕微光応答法によるNi/n-SiCショットキー接触の２次元評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 木原雄平, 山本晋吾, 塩島謙次
  • 学会等名: 応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大
  • 年月日: 2014-09-18 – 2014-09-18
• [学会発表] 界面顕微光応答法を用いたn-GaNショットキー接触の２次元評価--表面構造の影響-- (2014)
  • 著者名/発表者名: 山本晋吾, 木原雄平, 塩島謙次
  • 学会等名: 応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大
  • 年月日: 2014-09-18 – 2014-09-18
• [学会発表] GaN表面、界面、結晶欠陥の評価とデバイス特性への影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 塩島謙次
  • 学会等名: 第24回格子欠陥フォーラム「パワーデバイス開発のための格子欠陥評価･制御」
  • 発表場所: かんぽの宿恵那、岐阜県恵那市
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-11
  • 招待講演
• [学会発表] Mapping of inhomogeneity and thermal degradation of Au/Ni/n-GaN Schottky diodes using scanning internal photoemission microscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Shingo Yamamoto, Yuhei Kihara, and Kenji Shiojima
  • 学会等名: International Workshop on Nitride Semiconductors 2014
  • 発表場所: Wroclaw, Poland
  • 年月日: 2014-08-27 – 2014-08-27
• [学会発表] Electrical characteristics of a-plane low-Mg-doped p-GaN Schottky contacts (2014)
  • 著者名/発表者名: Moe Naganawa, Toshichika Aoki, Ji-Su Son, Hiroshi Amano, Kenji Shiojima
  • 学会等名: International Workshop on Nitride Semiconductors 2014
  • 発表場所: Wroclaw, Poland
  • 年月日: 2014-08-27 – 2014-08-27
• [学会発表] Electrical Characteristics of Low-Mg-doped p-AlGaN and p-InGaN Schottky Contacts (2014)
  • 著者名/発表者名: Toshichika Aoki, Sachi Tachibana and Kenji Shiojima
  • 学会等名: International Workshop on Nitride Semiconductors 2014
  • 発表場所: Wroclaw, Poland
  • 年月日: 2014-08-26 – 2014-08-26
• [学会発表] Vibrational Properties of Graphene Nanoribbons with Realistic Edge Structures (2014)
  • 著者名/発表者名: Md. S. Islam, T. Makino, S. Tanaka and A. Hashimoto
  • 学会等名: The 15th IUMRS-ICA (International Union of Materials Research Societies, International Conference in Asia)
  • 発表場所: Fukuoka
  • 年月日: 2014-08-26 – 2014-08-26
• [学会発表] Numerical Study on Phonon Properties of Defective Silicene (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Nambu, Md. S. Islam, S. Tanaka and A. Hashimoto
  • 学会等名: The 15th IUMRS-ICA (International Union of Materials Research Societies, International Conference in Asia)
  • 発表場所: Fukuoka
  • 年月日: 2014-08-26 – 2014-08-26
• [図書] Proceedings of the 8th International Conference on Silicon Epitaxy and Heterostructure (ICSI-8) and the 6th International Symposium on Control of Semiconductor Interfaces (ISCSI-VI) (2014)
  • 著者名/発表者名: Seiichi Miyazaki, Matty R. Caymax, Siegfried Mantl, Masanobu Miyao, Junichi Murota, Toshio Ogino, Tsugunori Okumura, Kenji Shiojima, James C. Sturm, Shinichi Takagi, Akira Toriumi, Kastuyoshi Washio, Ya-Hong Xie, Shigeaki Zaima
  • 総ページ数: 393
  • 出版者: Elsevier
• [備考] 福井大学大学院 工学研究科 電気・電子工学専攻 電子物性講座 塩島研究室のホームページ
  • URL: http://fuee.u-fukui.ac.jp/~shiojima/integrated.html